光催化反應器中光輻射場與光催化表面反應數(shù)值模擬.pdf

1、光催化氣體凈化技術作為一種新的室內(nèi)污染物控制手段，因其擁有巨大的應用前景而被認為是一種可能替代傳統(tǒng)污染物控制手段的技術。目前該技術的實際商業(yè)化應用已處在起步階段。光催化反應器是光催化氣體凈化技術的主要設備，對光催化反應器內(nèi)光源輻射場、光催化反應過程和流體力學行為進行深入研究，可以為光催化反應器的結構優(yōu)化設計提供理論指導。本論文分別以平板光催化反應器、環(huán)形柱狀光催化反應器和蜂窩整體式光催化反應器為研究對象，采用計算流體力學方法對這三種典型

2、的光催化反應器分別進行了系統(tǒng)研究，主要研究內(nèi)容包含以下幾個方面：
　　首先以結構較為簡單的平板光催化反應器為研究對象，模擬研究了平板光催化反應器中光催化降解過程，初步證明了采用計算流體力學方法模擬研究光催化反應過程的可行性，闡明了平板光催化反應器數(shù)值模擬的一般模型和方法，為本論文的后續(xù)研究工作奠定了基礎。
　　其次以環(huán)形柱狀光催化反應器為研究對象，對于反應器內(nèi)光強分布場的研究，分別考察了包含與不包含石英套管反射與折射、反應器

3、外壁面反射對反應器內(nèi)光強分布的影響。對于光催化降解反應，分別考察了反應器不同長度、不同入口流速對降解三氯乙烯的影響，并與實驗值進行了比較，驗證了模擬方法的可行性，進而為后續(xù)環(huán)形反應器的結構優(yōu)化設計奠定基礎。
　　在上述環(huán)形光催化反應器模擬方法的基礎上，研究了不同的反應器構造和設計對于反應器性能的影響。有關反應器的構造和設計主要涉及以下三方面內(nèi)容：不同反應器進出口相對位置，環(huán)形寬度和引入增強流體流動擾動的單元組件(墊片)。研究表明反

4、應器入口平行流、薄的環(huán)形寬度和增加傳質(zhì)增強單元組件對于環(huán)形反應器的性能均有顯著提高。
　　最后對蜂窩整體式光催化反應器進行了模擬研究。本論文提出了一種針對蜂窩光催化反應器的計算流體力學模擬方法，通過對輻射傳遞方程進行合理簡化，并引入新的模型參數(shù)-通道壁面吸收系數(shù)-模擬蜂窩通道內(nèi)的局部UV通量。隨后將光輻射場模擬結果引入到反應器內(nèi)甲醛的光催化降解過程模擬中，進而實現(xiàn)全尺度蜂窩光催化反應器內(nèi)光催化過程的模擬。然后在此模擬方法的基礎上，

5、對蜂窩光催化反應器優(yōu)化設計進行了系統(tǒng)的研究。分別研究了幾個反應器無因次幾何設計參數(shù)(α、β和γ)對于蜂窩結構單元側面上的“無因次光輻照強度分布均勻性(η)”，“蜂窩通道光子吸收效率(φ)”和“蜂窩總效率(Ф=φη)”的影響。最后得出：當UV燈管長度與蜂窩單元高度近似相等時(α=1.0~1.1)，蜂窩總效率(Ф)取得最大值；并歸納得出了最優(yōu)的燈管到蜂窩結構單元距離(βoptimum)與燈管數(shù)目(γ)之間的數(shù)學關系式。
　　本論文通過